CERAMIC MATERIALS: PROPERTIES, TYPES, USES - CULTURE VOCABULARY - 2025

The ceramic materials are composed of inorganic, metallic or non solids which have undergone heat. Its base is usually clay, but there are different types with different compositions.

Common clay is a ceramic paste. Also red clay is a type of ceramic material that has aluminum silicates among its components. These materials are formed by a mixture of crystalline and / or glassy phases.

If they are made with a single crystal, they are single-phase. They are polycrystalline when they are made up of many crystals.

The crystalline structure of ceramic materials depends on the value of the electric charge of the ions and the relative size of the cations and anions. The greater the amount of anions that surround the central cation, the more stable the resulting solid will be.

Ceramic materials can be in the form of a dense solid, fiber, fine powder or film.

The origin of the word ceramic is found in the Greek word keramikos, whose meaning is "burnt thing."

Prosecution

The processing of ceramic materials depends on the type of material to be obtained. However, producing a ceramic material normally requires the following processes:

1- Mixing and grinding of raw materials

It is the process in which raw materials are joined and an attempt is made to homogenize their size and distribution.

2- Conformation

In this phase, the dough is given shape and consistency, which is achieved with the raw materials. In this way the density of the mixture is increased, improving its mechanical properties.

3- Molding

It is the process by which a representation or image (in third dimension) of any real object is created. To mold, one of these processes is commonly carried out:

Pressing

The raw material is pressed into a die. Dry pressing is often used to make refractory products and electronic ceramic components. This technique allows to manufacture several of pieces quickly.

Barbonite molding

It is a technique that allows the same shape to be produced hundreds of times without errors or deformations.

Extrusion

It is a process during which the material is pushed or extracted through a die. Used to generate objects with a clear and fixed cross section.

4- Drying

It is a process that consists of controlling the evaporation of the water and the contractions that it produces in the piece.

It is a critical phase of the process because it depends on it that the piece maintains its shape.

5- Cooking

From this phase the "cake" is obtained. In this process, the chemical composition of the clay is changed to make it brittle but water-porous.

In this phase the heat must rise slowly until a temperature of 600ºC is reached. After this first phase, the decorations are made, when they want to be done.

It is important to ensure that the pieces are separated inside the oven to avoid deformation.

Properties of ceramic materials

Although the properties of these materials depend largely on their composition, in general they share the following properties:

• Crystal structure. However, there are also materials that do not have this structure or have it only in certain sectors.
• They have a density of approximately 2g / cm3.
• These are materials with insulating properties of electricity and heat.
• They have a low coefficient of expansion.
• They have a high melting point.
• They are generally waterproof.
• They are neither combustible nor oxidizable.
• They are hard, but fragile and light at the same time.
• They are resistant to compression, wear and corrosion.
• They have frost, or the ability to withstand low temperatures without deteriorating.
• They have chemical stability.
• They require some porosity.

Classification: types of ceramic materials

1- Red ceramic

It is the most abundant type of clay. It has a reddish color that is due to the presence of iron oxide.

When cooked, it is made up of aluminate and silicate. It is the least processed of all. If it fractures, the result is a reddish earth. It is permeable to gases, liquids and fats.

This clay is commonly used for bricks and floors. Its firing temperature ranges from 700 to 1000 ° C, and it can be covered with tin oxide to obtain a watertight earthenware. Italian and English earthenware are made with different types of clay.

2- White ceramic

It is a purer material, so they do not have stains. Their granulometry is more controlled and they are usually enameled on the outside to enhance their impermeability.

It is used in the manufacture of sanitary ware and tableware. This group includes:

Porcelain

Es un material que se elabora a partir del caolín, un tipo de arcilla muy puro al que se le agrega feldespato y cuarzo o sílex.

La cocción de este material se realiza en dos fases:en la primera fase se cuece a 1000 o 1300 °C; y en la segunda fase se pueden alcanzar los 1800 °C.

Las porcelanas pueden ser blandas o duras. En el caso de las blandas, en la primera fase de cocción se llega a 1000 °C.

Luego se saca del horno para aplicarle esmalte. Y después vuelve al horno para la segunda fase en la que se aplica una temperatura mínima de 1250 °C.

En el caso de las porcelanas duras, la segunda fase de cocción se hace a una mayor temperatura: 1400 °C o más.

Y en caso de que se vaya a decorar, se le hace la decoración definida y se mete al horno, pero esta vez a 800 °C aproximadamente.

Tiene múltiples uso en la industria para elaborar objetos de uso comercial (vajillas, por ejemplo), o para objetos de uso más especializado (como aislantes en transformadores).

3- Refractario

Es un material que puede resistir muy altas temperaturas (hasta 3000 °C) sin deformarse. Son arcillas que tienen grandes proporciones de óxido de aluminio, berilio, torio y circonio.

Se cuecen entre los 1300 y los 1600 °C, y deben enfriarse de manera progresiva para evitar fallas, grietas o tensiones internas.

La norma europea DIN 51060/ISO/R 836 establece que un material es refractario si se reblandece con una temperatura mínima de 1500 °C.

Los ladrillos son un ejemplo de este tipo de material, al ser usados para la construcción de hornos.

4- Vidrios

Los vidrios son sustancias líquidas con base de silicio, que al enfriarse se solidifican con distintas formas.

A la base de silicio se le agregan diferentes sustancias fundentes, de acuerdo con el tipo de vidrio que se desee fabricar. Esas sustancias bajan el punto de fusión.

5- Cementos

Se trata de un material compuesto por piedra caliza y calcio molido, que se vuelve rígido una vez que es mezclado con líquido (preferentemente agua), y se deja reposar. Mientras está húmedo, puede amoldarse a la forma deseada.

6- Abrasivos

Son minerales con partículas extremadamente duras y que tienen óxido de aluminio y pasta diamantada, entre sus componentes.

Materiales cerámicos especiales

Los materiales cerámicos son resistentes y duros pero también son frágiles, por lo que se han desarrollado materiales híbridos o compuestos con una matriz de fibra de vidrio o de polímero plástico.

Para desarrollar estos híbridos se pueden usar materiales cerámicos. Se trata de materiales compuestos de dióxido de silicio, óxido de aluminio y algunos metales como el cobalto, el cromo y el hierro.

En la elaboración de estos híbridos se emplean dos técnicas:

El sintetizado

Es la técnica en la que se compactan los polvos metálicos.

El fritado

Con esta técnica se logra la aleación mediante la compresión del polvo metálico junto al material cerámico en un horno eléctrico.

En esta categoría entran los llamados cerámicos de matriz compuesta (CMC). Entre estos se pueden enumerar:

– Carburos

Como los de tungsteno, de titanio, de silicio, de cromo, de boro o el carburo de silicio reforzado con carbono.

– Nitruros

Como el de silicio, de titanio, el oxinitruro cerámico o el sialon.

–

Son materiales cerámicos con propiedades eléctricas o magnéticas.

Los 4 usos principales de los materiales cerámicos

1- En la industria aeroespacial

En este ramo se requieren componentes ligeros con resistencia a las altas temperaturas y a exigencias mecánicas.

2- En la biomedicina

En este ámbito son útiles para la elaboración de huesos, dientes, implantes, etc.

3- En la electrónica

Donde estos materiales se emplean para la fabricación de amplificadores laser, fibra óptica, condensadores, lentes, aislantes, entre otros.

4- En la industria energética

Es donde los materiales cerámicos pueden resultar en componentes de combustibles nucleares, por ejemplo.

Los 7 materiales cerámicos más destacados

1- Alúmina (Al2O3)

Se usa para contener metal fundido.

2- Nitruro de aluminio (AIN)

Se usa como material para circuitos integrados y como sustituto del AI203.

3- Carburo de boro (B4C)

Sirve para fabricar blindaje nuclear.

4- Carburo de silicio (SiC)

Se usa para recubrir metales, por su resistencia a la oxidación.

5- Nitruro de silicio (Si3N4)

Se usan en la fabricación de los componentes de motores automotrices y turbinas de gas.

6- Boruro de Titanio (TiB2)

También participa en la fabricación de blindajes.

7- Urania (UO2)

Sirve de combustible para reactores nucleares.

Referencias

1. Alarcón, Javier (s/f). Química de materiales cerámicos. Recuperado de: uv.es
2. Q., Felipe (2010). Propiedades de la cerámica. Recuperado de: constructorcivil.org
3. Lázaro, Jack (2014). Estructura y propiedades de las cerámicas. Recuperado de: prezi.com
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5. Revista ARQHYS (2012). Propiedades de la cerámica. Recuperado de: arqhys.com
6. Universidad Tecnológica Nacional (2010). Clasificación de los materiales cerámicos. Recuperado de: cienciamateriales.argentina-foro.com
7. Universidad Tecnológica Nacional (s/f). Materiales cerámicos. Recuperado de: frm.utn.edu.ar
8. Wikipedia (s/f). Material cerámico. Recuperado de: es.wikipedia.org